Ända sedan 1500-talet när Nicolaus Copernicus visade att jorden kretsade runt i solen, har forskare arbetat outtröttligt för att förstå sambandet i matematiska termer. Om denna ljusa himlakropp – som beror på årstiderna, den dygnscykeln och allt liv på jorden – inte kretsar runt oss, vad är då egentligen vår bana runt den?
I flera århundraden har astronomer använt den vetenskapliga metoden för att besvara denna fråga och har fastställt att Jordens bana runt solen har många fascinerande egenskaper. Och det de har hittat har hjälpt oss att förstå varför vi mäter tid som vi gör.
Orbital egenskaper:
Först och främst är hastigheten för jordens bana runt solen 108 000 km/h, vilket innebär att vår planet färdas 940 miljoner km under en enda bana. Jorden fullföljer en omloppsbana var 365,242199 genomsnittliga soldagar, ett faktum som i stor utsträckning förklarar varför man behöver en extra kalenderdag vart fjärde år (aka. under ett skottår).
Planetens avstånd från solen varierar när den kretsar. Faktum är att jorden aldrig är på samma avstånd från solen från dag till dag. När jorden är närmast solen sägs den vara i perihel. Detta inträffar runt den 3 januari varje år, när jorden är på ett avstånd av cirka 147 098 074 km.
Jordens genomsnittliga avstånd från solen är cirka 149,6 miljoner km, vilket också kallas en astronomisk enhet (AU). När den är längst bort från solen sägs jorden vara vid aphelion – vilket händer runt den 4 juli där jorden når ett avstånd på cirka 152 097 701 km.
Och ni på norra halvklotet kommer att märka att 'varmt' eller 'kallt' väder inte sammanfaller med hur nära jorden är solen. Det bestäms av axiell lutning (se nedan).
Elliptisk bana:
Därefter är det naturen hos jordens omloppsbana. Istället för att vara en perfekt cirkel, rör sig jorden runt solen i ett utökat cirkulärt eller ovalt mönster. Detta är vad som kallas en 'elliptisk' bana. Detta omloppsmönster beskrevs för första gången av Johannes Kepler, en tysk matematiker och astronom, i hans framstående arbeteny astronomi(Ny astronomi).
En illustration av Keplers tre rörelselagar, som visar två planeter som har elliptiska banor runt solen. Kredit: Wikipedia/Hankwang
Efter att ha mätt jordens och Mars omloppsbanor märkte han att båda planeternas banor ibland verkade snabba upp eller sakta ner. Detta sammanföll direkt med planeternas aphelion och perihelion, vilket betyder att planeternas avstånd från solen hade ett direkt samband med hastigheten på deras banor. Det innebar också att både jorden och Mars inte kretsade runt solen i perfekt cirkulära mönster.
För att beskriva arten av elliptiska banor använder forskare en faktor som kallas 'excentricitet', som uttrycks i form av ett tal mellan noll och ett. Om en planets excentricitet är nära noll, är ellipsen nästan en cirkel. Om den är nära en är ellipsen lång och smal.
Jordens bana har en excentricitet på mindre än 0,02, vilket betyder att den är mycket nära att vara cirkulär. Det är därför skillnaden mellan jordens avstånd från solen vid perihelion och aphelion är mycket liten - mindre än 5 miljoner km.
Säsongsförändring:
För det tredje är det den roll som jordens omloppsbana spelar under årstiderna, som vi hänvisade till ovan. De fyra årstiderna bestäms av det faktum att jorden lutar 23,4° på sin vertikala axel, vilket kallas 'axiell lutning'. Denna egenhet i vår omloppsbana bestämmer solstånden – punkten i omloppsbanan för maximal axiell lutning mot eller bort från solen – och dagjämningarna, när lutningsriktningen och riktningen mot solen är vinkelräta.
Under loppet av ett år förblir axelns orientering fixerad i rymden, vilket skapar förändringar i fördelningen av solstrålningen. Kredit: NOAA/Thomas G. Andrews
Kort sagt, när det norra halvklotet lutar bort från solen, upplever det vinter medan det södra halvklotet upplever sommar. Sex månader senare, när det norra halvklotet lutar mot solen, är säsongsordningen omvänd.
På norra halvklotet inträffar vintersolståndet runt den 21 december, sommarsolståndet är nära den 21 juni, vårdagjämningen är runt den 20 mars och höstdagjämningen är ungefär den 23 september. Den axiella lutningen på det södra halvklotet är exakt motsatt riktningen på det norra halvklotet. Därmed är säsongseffekterna i söder omvända.
Även om det är sant att jorden har en perihelion, eller punkt där den är närmast solen, och ett aphelion, dess längsta punkt från solen, är skillnaden mellan dessa avstånd för minimal för att ha någon betydande inverkan på jordens årstider och klimat.
Lagrange-poäng:
En annan intressant egenskap hos jordens bana runt solen har att göra med Lagrange poäng . Dessa är de fem positionerna i jordens omloppskonfiguration runt solen där jordens och solens kombinerade gravitationskraft ger exakt den centripetalkraft som krävs för att kretsa med dem.
Sun-Earth Lagrange Points. Kredit: Xander89/Wikimedia Commons
De fem Lagrangepunkterna mellan jorden är märkta (något fantasilöst) L1 till L5. L1, L2 och L3 sitter längs en rak linje som går genom jorden och solen. L1 sitter mellan dem, L3 är på motsatt sida av solen från jorden och L2 är på motsatt sida av jorden från L1. Dessa tre Lagrange-punkter är instabila, vilket innebär att en satellit placerad vid någon av dem kommer att flytta ur kurs om den störs det minsta.
L4- och L5-punkterna ligger i spetsarna av de två liksidiga trianglarna där solen och jorden utgör de två nedre punkterna. Dessa punkter ligger längs med jordens omloppsbana, med L4 60° bakom den och L5 60° framåt. Dessa två Lagrange Points är stabila, därför är de populära destinationer för satelliter och rymdteleskop.
Studiet av jordens bana runt solen har lärt forskare mycket om andra planeter också. Att veta var en planet sitter i förhållande till sin moderstjärna, dess omloppsperiod, dess axiella lutning och en mängd andra faktorer är alla centrala för att avgöra om liv kan finnas på en eller inte, och om människor en dag skulle kunna leva eller inte där.
Vi har skrivit många intressanta artiklar om jordens bana här på Universe Today. Här är 10 intressanta fakta om jorden , Hur långt är jorden från solen? , Vad är jordens rotation? , Varför finns det säsonger? , och Vad är jordens axiella lutning?
För mer information, kolla in den här artikeln om NASA- Window's to the Universe-artikeln om elliptiska banor eller kolla in NASA Earth: Översikt .
Astronomi Cast också espidoes som är relevanta för ämnet. Här är BQuestions Show: Svarta svarta hål, obalans i jorden och rymdföroreningar .
Källor:
